100G QSFP28光モジュール：定義・仕組み・規格・選択方法を解説

現在、100Gイーサネットネットワークのトレンドは強気で必然的なものとなっています。そのため、100Gモジュールに対する要求もますます大きくなっています。様々な100G光モジュールの中でも、QSFP28 100G光モジュールは、小型で低消費電力のため、最も好ましいモジュールと言えます。本日は、QSFP100Gモジュールについて必要な情報をすべてご紹介します。

100G QSFP28光モジュールとは？

ここでは、100G QSFP28モジュールについて、定義、モジュール規格、レーザータイプ、伝送メディア & 伝送距離の 4 つの側面から解説します。

定義

100G QSFP28光モジュールは、100ギガビットイーサネット、EDR InfiniBand、または32Gファイバチャネル向けに設計されています。一般に、40G QSFP+と全く同じフットプリントとフェイスプレート密度を持ちます。40G QSFP+が4つの10Gbpsレーンを使用して実装されているのと同様に、100G QSFP28モジュールは、25Gbpsから最大40Gbpsまでのデータレートの高速差動信号を4チャネル使用して実装されています。電気インタフェースのアップグレードにより、QSFP28 100Gモジュールは最大28Gbpsの信号をサポートすることが可能です 。QSFP 100G SR4、QSFP 100G LR4、QSFP 100G PSM4、QSFP 100G CWDM4、QSFP 100G ER4は、異なる伝送距離要件を満たすように設計された5種類の100G QSFP28モジュールの共通タイプです。100G CFP/CFP2/CFP4モジュールと比較すると、100G QSFP28光学部品は、高密度化、低消費電力化、ビット単価の低減という強力な能力でそれらを上回っています。

図1: 100G QSFP28光モジュール

モジュール規格

100G QSFP28光モジュールの規格は、主にIEEEとMSA（マルチソース・アグリーメント）の2つの主要団体で定義されています。QSFP28 SR4、QSFP28 LR4、QSFP28 ER4はIEEEで定義されています。この3つの項目は、その名称からどうすれば明確になるのでしょうか。「QSFP」はフォームファクター、「28」は各レーンの最大伝送速度が28Gbpsであること、「SR」はショートリーチ（100m）、「LR」はロングリーチ（10km）、「ER」はエクステンドリーチ（40km）であることを表しています。「4」はモジュールが4レーンであることを表します。例えば、QSFP28 LR4は、100G信号を4波長で伝送でき、伝送距離10kmのロングリーチ100Gモジュールであることを意味します。

100GBASE-SR4と100GBASE-LR4は、IEEEによって定義された最も一般的に使用される100Gインタフェース仕様です。しかし、QSFP28 SR4の伝送距離は短すぎてすべての相互接続要件を満たすことができず、QSFP28 LR4のコストは大規模データセンターでは高すぎます。そこでMSAは、ミッドレンジ接続用のソリューションを市場に投入し、QSFP28 PSM4とCWDM4の規格を定義しました。QSFP 100G LR4の能力はQSFP28 CWDM4を完全にカバーしていますが、2km伝送のシナリオではQSFP100G CWDM4ソリューションの方がQSFP28 LR4よりもはるかに安価で競争力があります。

レーザータイプ

100GのQSFP28光モジュールでは、レーザーが重要な役割を担っており、大きく分けて5つのタイプがあります： VCSEL、FP、DFB、DML、EMLです。レーザーの種類によって、使用波長やモード、使用環境は異なります。

• VCSELレーザーは、小型、低消費電力、組み込みの容易さ、低価格、マルチモードファイバとの高い結合効率などの特徴があり、QSFP28 SR4モジュールに多く使用されています。

• EMLは、分散が小さく、消光が大きく、長距離伝送が可能であることから、QSFP 100G LR4およびQSFP 100G ER4もｊモジュールに求められるこれらの要件をすべて満たすように設計されています。

• DMLは、レーザーの注入電流を変調させる方法で信号変調を実現することができます。したがって、伝送距離500mまたは2kmのQSFP28 PSM4およびQSFP28 CWDM4モジュールに適しています。

伝送メディア & 伝送距離

100G QSFP28光モジュールは、LCデュプレックスまたはMTP/MPO-12コネクタを装備し、伝送距離は70mから40kmまで様々です。QSFP28光学部品の伝送距離は、そのアプリケーションのシナリオを決定します。すべてのQSFP28 100Gモジュールは、企業やデータセンターのネットワークにおける直接接続や相互接続に適用することができます。次の図は、QSFP100G光学部品の具体的な違いを示しています。

QSFP28モジュールアプリケーションガイド

現在、ネットワーク構築において、100G QSFP28光モジュールはかなりの割合を占めています。コンパクトなサイズ、低消費電力、高い性能から、100G QSFP28光学部品は主に以下のような場面で使用されています。

• 100Gイーサネット

• データセンター相互接続

• Infiniband QDRとDDRの相互接続

• 企業ネットワーク

しかし、様々なタイプの特性や機能が異なるため、その正確な用途は実際の環境でのニーズに基づいています。QSFP28 100G SR4は、主に100Gデータセンターで使用され、5mから100mまでの短い伝送距離が要求されます。

QSFP28 100G PSM4とQSFP28 100G CWDM4は、伝送距離500mと2kmのネットワークアプリケーション向けに特別に設計されています。QSFP28 100G CWDM4は比較的高価ですが、双方向の送受信に必要なシングルモードファイバは2本のみで、PSM4のシングルモードファイバ8本に比べはるかに少ないため、企業ネットワークや100Gイーサネットのための高品質な選択肢となっています。

QSFP28 100G LR4は、一般的にLCシングルモードファイバケーブルと共に使用され、最大伝送距離10kmに達することができます。4X 25Gbpsの電気信号を4つのLAN WDM光信号に変換し、1つのチャネルに多重化することで100Gの光伝送を実現するものです。

QSFP28 100G ER4は、WDM多重化波長分割技術により、100Gデータ接続をサポートします。最大40KMの伝送距離を実現し、光通信やいイーサネット100GBASE-ER4 Lite規格に準拠したアプリケーションに最適な選択肢です。

最適なQSFP28光学部品を選ぶには？

さて、実際の需要に基づいて最適な100G光学部品を選択しなければならないことはわかりましたが、どのように選べばよいのでしょうか？ここでは、その選択ガイドをご紹介します。

伝送距離が5mから100mの場合、QSFP28 SR4光モジュールを選択することができます。OM3ファイバで70m、OM4ファイバで100mの伝送が可能です。

100mから2kmの伝送距離の場合は、QSFP 100G PSM4またはQSFP28 CWDM4モジュールの方が良いでしょう。QSFP28 CWDM4のコストはQSFP28 PSM4よりもはるかに高くなります。しかし、QSFP28 CWDM4 は、QSFP28 PSM4の8 本のシングルモードファイバよりもはるかに少ない2本のシングルモードファイバで双方向伝送を行うため、QSFP100G PSM4の総コストは非常に早く上がります。実際のアプリケーションでは，相互接続距離に応じてQSFP28 PSM4とQSFP28 CWDM4のどちらを使用するかを決定する必要があります。

10kmから40kmの伝送距離であれば、最大伝送距離10kmまでのQSFP100G LR4、さらに最大伝送距離40kmまで到達できるQSFP28 ER4モジュールを検討することができます。

結論

つまり、すべての100G QSFP28光モジュールは、高ポート密度と低消費電力特性を備えており、大規模データセンターや将来のネットワーク拡張に最適な選択肢となります。FSは、100G QSFP28モジュールの性能と互換性を保証するために、プログラミングと広範なプラットフォーム診断テストを実施しています。詳細については、fs.comをご覧ください。